Thiết kế nguồn mạ một chiều với các tham số cho trước Ur = 24V, Im = 6000A

ïng m¹ quay, … Trªn d©y lµ toµn bé s¬ ®å tæng qu¸t cña qu¸ tr×nh m¹ b»ng ®iÖn ph©n. Trong c«ng nghÖ m¹ cßn cã mét sè yªu cÇu vÒ gia c«ng bÒ mÆt tr­íc khi m¹.Yªu cÇu bÒ mÆt tr­íc khi m¹ : - Tr­íc khi m¹ vËt cÇn m¹ ®­îc tiÕn hµnh gia c«ng c¬ khÝ ®Ó cã bÒ mÆt b»ng ph¼ng, ®ång thêi tÈy xãa c¸c lopø gØ, ®¸nh bãng bÒ mÆt theo yªu cÇu sö dông. - TÈy s¹ch dÇu mì c¸c hîp chÊt hãa häc kh¸c cã thÓ cã trªn bÒ mÆt vËt m¹. Tãm l¹i tr­íc lóc chi tiÕt vµo bÓ ®iÖn ph©n, bÒ mÆt cÇn ph¶i thËt b»ng ph»ng, s¾c nÐt bãng tuyÖt ®èi s¹ch dÇu mì, c¸c mµng oxit cã thÓ cã. Trong ®iÒu kiÖn nh­ vËy líp m¹ thu ®­îc míi cã ®é bãng tèt, kh«ng s­íc, kh«ng sÇn sïi, bãng ®Òu toµn líp m¹ ®ång nhÊt nh­ ý. Ph­¬ng ph¸p gia c«ng bÒ mÆt kim lo¹i tr­íc khi m¹ : - Ph­¬ng ph¸p gia c«ng c¬ khÝ bao gåm : mµi th«, mµi tinh, ®¸nh bãng quay bãng hay sãc bãng trong thïng quay. - Ph­¬ng ph¸p gia c«ng hãa häc hay ®iÖn hãa häcbao gåm : tÈy dÇu mì, tÈy gØ, tÈy l¹i lµm bãng bÒ mÆt, röa s¹ch. Sù lùa chän ph­¬ng ph¸p gia c«ng cho hiÖu qña tèt nhÊt l¹i cã gi¸ thµnh rÎ, ®ßi hái ng­êi kü thuËt viªn ph¶i cã hiÓu biÕt ®Çy ®ñ vµ nhÊt lµ ph¶i cã kinh nghiÖm s¶n xuÊt. BÊt kú thiÕu sãt nµo dï nhá hoÆc ®¸nh gi¸ kh«ng ®óng c«ng viÖc chuÈn bÞ bÒ mÆt ®Òu dÉn ®Õn gi¶m sót chÊt l­îng vµ h×nh thøc líp m¹. ChÊt l­îng líp m¹ phô thuéc mét c¸ch c¬ b¶n vµo ph­¬ng ph¸p ®­îc lùa chän, kü thuËt vµ ®iÒu kiÖn tiÕn hµnh chuÈn bÞ bÒ mÆt líp m¹. Kh«ng bao giê chóng ta coi nhÑ viÖc chuÈn bÞ bÒ mÆt vËt m¹. Ch­¬ng II : Lùa chän ph­¬ng ¸n NhiÖm vô ®Æt ra ®èi víi ®å ¸n lµ thiÕt kÕ nguån m¹ mét chiÒu cã ®iÖn ¸p thÊp vµ dßng rÊt lín. Nguån m¹ lµm viÖc theo nguyªn t¾c gi÷ dßng ®iÖn m¹ trong qu¸ tr×nh n¹p. M¹ch cã kh©u b¶o vÖ chèng ch¹m ®iÖn cùc. Trong c«ng nghÖ m¹ ®iÖn th× nguån ®iÖn lµ mét yÕu tè hÕt søc quan träng, nã quyÕt ®Þnh nhiÒu ®Õn chÊt l­îng líp m¹ thu ®­îc. Nguån ®iÖn mét chiÒu cã thÓ lµ ¾c quy, m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu, bé biÕn ®æi… Chóng ta ph©n tÝch tõng lo¹i nguån ®Ó quyÕt ®Þnh lùa chän ph­¬ng ¸n nµo : 1. ¾c quy : Tong c«ng nghÖ m¹ ®iÖn ¾c quy chØ ®­îc sö dông trong phßng thÝ nghiÖm hay s¶n xuÊt ë quy m« nhá. Do h¹n chÕ vÒ l­îng ®iÖn tÝch lªn ¾c quy chØ dïng ®Ó m¹ c¸c chi tiÕt nhá, cßn víi c¸c chi tiÕt lín th× kh«ng dïng ¾c quy ®­îc. §Æc biÖt khi dßng ®iÖn m¹ ®ßi hái lín th× ¾c quy kh«ng thÓ ®¸p øng ®­îc. V× vËy mµ trong c«ng nghÖ m¹ ng­êi ta Ýt sö dông ¾c quy lµm nguån m¹. 2. M¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu : Trong c«ng nghÖ m¹ dïng m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu kh¾c phôc ®­îc c¸c nh­îc ®iÓm cña ¾c quy. M¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu trong thùc tÕ cã thÓ ®­îc sö dông réng r·i trong quy m« s¶n xuÊt lín. Nh­ng gi¸ thµnh ®Çu t­ cho m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu lín, c¬ cÊu ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng kh¸ phøc t¹p .M¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu víi nhiÒu nh­îc ®iÓm : cæ gãp mau háng; thiÕt bÞ cång kÒnh; lµm viÖc cã tiÕng ån lín. M¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu cÇn th­êng xuyªn b¶o tr× söa ch÷a. ChÝnh v× c¸c lý do trªn lªn trong c«ng nghiÖp ng­êi ta kh«ng dïng m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu. Bé biÕn ®æi : HiÖn nay trong c«ng nghiÖp th× dßng ®iÖn xoay chiÒu ®­îc sö dông réng r·i. C«ng nghÖ chÕ t¹o c¸c thiÕt bÞ b¸n dÉn ngµy cµng hoµn thiÖn, c¸c thiÕt bÞ ho¹t ®éng víi ®é tin cËy cao. §Æc biÖt c«ng nghÖ s¶n xuÊt Thyristor ®· ®¹t ®­îc nhiÒu thµnh tùu. ChÝnh v× vËy c¸c bé biÕn ®æi dßng ®iÖn xoay chiÒu thµnh dßng mét chiÒu ngµy cµng ®­îc sö dông nhiÒu trong c¸c nghµnh c«ng nghiÖp. Ngµy nay trong c«ng nghÖ m¹ ®iÖn th× bé biÐn ®æi ®­îc dïng réng r·i nhÊt. C¸c bé biÕn ®æi dïng trong qu¸ tr×nh ®iÖn ph©n cã thÓ cho ra c¸c ®iÖn ¸p nh­ : 3V, 6V, 12V, 24V, 30V, 50v. Tuú theo yªu cÇu kü thuËt mµ chän ®iÖn thÕ cho phï hîp.Bé biÕn ®æi víi c¸c ­u ®iÓm : thiÕt bÞ gän nhÑ; t¸c ®éng nhanh; dÔ tù ®éng hãa; dÔ ®iÒu khiÓn vµ æn ®Þnh dßng. Chi phÝ ®Çu t­ cho bé biÕn ®æi còng rÎ, hiÖu qu¶ lµm viÖc cao vµ æn ®Þnh. So víi dïng nguån m¹ lµ ¾c quy hoÆc m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu th× bé biÕn ®æi ®¸p øng ®­îc h¬n c¶ vÒ mÆt kinh tÕ còng nh­ c¸c tiªu chuÈn kü thuËt. VËy quyÕt ®Þnh ph­¬ng ¸n lµ dïng bé biÕn ®æi. Víi m¹ch chØnh l­u cã rÊt nhiÒu : chØnh l­u mét pha, chØnh l­u ba pha, chØnh l­u kh«ng ®iÒu khiÓn, chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn… Trong yªu cÇu cña ®å ¸n lµ thiÕt kÕ nguån m¹ ®iÖn ¸p thÊp vµ dßng kh¸ lín. Tr­íc hÕt ta xÐt tr­êng hîp chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn, sau ®ã ta cã thÓ xÐt tr­êng hîp chØnh l­u ®ièt kh«ng ®iÒu khiÓn víi gãc ®iÒu khiÓn. C¸c ph­¬ng ¸n kh¶ thi : + ChØnh l­u cÇu mét pha + ChØnh l­u cÇu ba pha + chØnh l­u s¸u pha cã cuén kh¸ng c©n b»ng Ph­¬ng ¸n 1 : ChØnh l­u cÇu mét pha S¬ ®å nguyªn lý chØnh l­u cÇu mét pha . T¶i R+L Khi L ®ñ lín th× dßng ®iÖn sÏ lµ dßng liªn tôc. Ph­¬ng tr×nh m¹ch t¶i : D¹ng sãng c¬ b¶n : * ¦u nh­îc ®iÓm cña s¬ ®å : ¦u ®iÓm : S¬ ®å nµy phï hîp víi mach cã dßng ®iÖn nhá æn ®Þnh vµ ®iÒu chØnh c«ng suÊt phÝa mét chiÒu do cã hai diot nªn gi¸ thµnh rÎ ®iÖn ¸p ng­îc ®Æt lªn mçi van trong s¬ ®å nhá Nh­îc ®iÓm : Dßng t¶i vÉn cßn nhÊp nh«,kh«ng thÝch hîp víi t¶i cã dßng lín Trong qu¸ tr×nh thay ®æi gãc ®iÒu khiÓn a th× dßng vµ ¸p thay ®æi nh­ng kh«ng gi÷ tÝnh ®èi xøng nªn qu¸ tr×nh tÝnh to¸n phøc t¹p.Kh«ng dïng ®­îc cho t¶i cã c«ng suÊt lín, nÕu dïng g©y ra hiÖn t­îng c«ng suÊt bÞ lÖch pha. S¬ ®å chØnh l­u cÇu mét pha dßng t¶i ch¶y qua hai van nèi tiÕp, v× vËy tæn thÊt ®iÖn ¸p vµ c«ng suÊt trªn van sÏ lín. S¬ ®å cÇu mét pha chØ øng dông víi yªu cÇu ®iÖn ¸p chØnh l­u cao vµ dßng t¶i nhá. Ph­¬ng ¸n 2 : ChØnh l­u cÇu ba pha ®èi xøng S¬ ®å nguyªn lý : S¬ ®å cÇu ba pha ®èi xøng gåm 6 thyristor, chia lµm hai nhãm : nhãm catèt chung T1, T3, T5 nhßm anèt chung T2, T4, T6 §iÖn ¸p c¸c pha : a.Ho¹t ®éng cña s¬ ®å : Gi¶ thiÕt T5, T6 ®ang cho dßng ch¶y qua + Khi cho xung ®iÒu khiÓn m¬ T1. Thyristor nµy më v× . Sù më cña T1 lµm cho T5 bÞ kho¸ l¹i mét c¸ch tù nhiªn v× . Lóc nµy T6 vµ T1 cho dßng ®i qua. §iÖn ¸p ra trªn t¶i : + Khi cho xung ®iÒu khiÓn më T2. Thyristor nµy mëv× T6 dÉn dßng, nã ®Æt lªn catèt T2 mµ . Sù më cña T2 lµm cho T6 kho¸ l¹i mét c¸ch tù nhiªn v× . C¸c xung ®iÒu khiÓn lÖch nhau ®­îc lÇn l­ît ®­a ®Õn c¸c cùc ®iÒu khiÓn cña c¸c thyristá theo thø tù 1, 2, 3,4, 5, 6, 1,….. Trong mçi nhãm, khi 1 thyristor më th× nã sÏ kho¸ ngay thyritor tr­íc nã, nh­ trong b¶ng sau : Thêi ®iÓm Më Kho¸ q1 = p/6 + a q2 = 3p/6 + a q3 = 5p/6 + a q4 = 7p/6 + a q5 = 9p/6 + a q6 = 11p/6 + a T1 T2 T3 T4 T5 T6 T5 T6 T1 T2 T3 T4 D¹ng sãng c¬ b¶n §­êng bao phÝa trªn biÎu diÔn ®iÖn thÕ ®iÓm F §­êng bao phÝa d­íi biÓu diÔn ®iÖn thÕ ®iÓm G §iÖn ¸p trªn m¹ch t¶i : lµ kho¶ng c¸ch th¼ng ®øng gi÷a hai ®­êng bao Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt trªn mçi van : Dßng ®iÖn trung b×nh ch¹y qua van b.¦u nh­îc ®iÓm cña s¬ ®å : + ­u ®iÓm : - sè xung ¸p chØnh l­u trong 1 chu kú lín, v× vËy ®é ®Ëp m¹ch cña ®iÖn ¸p chØnh l­u thÊp, chÊt l­îng ®iÖn ¸p cao. - kh«ng lµm lÖch pha l­íi ®iÖn. + Nh­îc ®iÓm - sö dung sè van lín, gi¸ thµnh thiÕt bÞ cao - s¬ ®å nµy chØ dung cho t¶i c«ng suÊt lín, dung t¶i nhá vµ ®iÖn ¸p chØnh l­u ®ßi hái ®é b»ng ph¼ng. Do dßng t¶i dïng trong m¹ ®iÖn cã trÞ sè lín, nªn kh«ng ¸p dông ®­îc ph­¬ng ph¸p nµy, v× c¸c van kh«ng chÞu ®­îc dßng t¶i lín. Ph­¬ng ¸n 3 : ChØnh l­u 6 pha cã cuén kh¸ng c©n b»ng a.S¬ ®å nguyªn lý S¬ ®å chØnh l­u 6 pha cã cuén kh¸ng c©n b»ng, ®­îc biÓu diÔn nh­ trªn s¬ ®å, bao gåm m¸y biÕn ¸p ®éng lùc, cã cuén kh¸ng c©n b»ng , 6 thyristor chia lµm hai nhãm T1,T3,T5 vµ T2,T4,T6 . M¸y biÕn ¸p cã hai hÖ thèng thø cÊp a,b,c vµ a’,b’,c’. C¸c cuén d©y trªn mçi pha a vµ a’; bvµ b’;c vµ c’ cã sè vßng nh­ nhau nh­ng cã cùc tÝnh ng­îc nhau. HÖ thèng d©y cuèn thø cÊp m¸y biÕn ¸p cã ®iÓm trung tÝnh riªng biÖt P vµ Q. P, Q ®­îc nèi víi nhau qua cuén kh¸ng c©n b»ng. Cuén kh¸ng c©n b»ng cã cÊu t¹o nh­ m¸y biÕn ¸p tù ngÉu. §iÖn ¸p chØnh l­u trung b×nh trong s¬ ®å cã gi¸ trÞ nh­ trung b×nh céng cña ®iÖn ¸p ®Çu ra cña hai chØnh l­u tia 3 pha, nghÜa lµ : Do t¸c dông cña cuén kh¸ng c©n b»ng cã thÓ coi dßng t¶I lµ ph¼ng hoµn toµn. Nh­ vËy trÞ hiÖu dông cña dßng thø cÊp m¸y biÕn ¸p : Dßng trung b×nh qua van : D¹ng sãng c¬ b¶n : D¹ng ®iÖn ¸p chØnh l­u Ud vµ ®iÖn ¸p trªn cuén kh¸ng c©n b»ng * ­u nh­îc ®iÓm cña s¬ ®å : _ ­u ®iÓm : Do chØnh l­u 6 pha nªn dßng qua van nhá,tiÖn lîi cho viÖc b¶o vÖ van HÇu nh­ kh«ng cã sãng hµi v× Ud gåm 6 chám h×nh sin,dÔ ®iÒu khiÓn Ph¹m vi ®iÒu khiÓn a tõ 300 trë ®i(ph¹m vi réng chÊt l­îng Ud tèt) ChÞu ®­îc id lín vµ Ud nhá + Dßng ®iÖn ¸p ra cã ®é b»ng ph¼ng cao, cã ®é ®Ëp m¹ch lín + Dßng trung b×nh qua van nhá b»ng 1/6 dßng qua t¶i. _ Nh­îc ®iÓm : + Sè van sö dông lín gi¸ thµnh cao + M¸y biÕn ¸p phøc t¹p cã sè cuén thø cÊp nhiÒu. ** KÕt LuËn: Qua ph©n tÝchvµ ®¸nh gi¸ ®Çy ®ñ c¶ ba ph­¬ng ¸n ta thÊy Dßng ®iÖn m¹ lín, dßng qua van nhá trung b×nh b»ng 1/6 dßng qua t¶i,®Î ®¶m b¶o yªu cÇu ®Ò bµi ta chän bé biÕn ®æi dïng lµm nguån m¹ lµ chØnh l­u 6 pha, cã cuén kh¸ng c©n b»ng. Ch­¬ng III : TÝnh Chän M¹ch Lùc Qua ph©n tÝch ë trªn ta chän ph­¬ng ¸n chØnh l­u 6 pha cã cuén kh¸ng c©n b»ng ®Ó x©y dùng nguån m¹. ChØnh l­u 6 pha cã cuén kh¸ng c©n b»ng cã 2 c¸ch ®iÒu chØnh: + §iÒu chØnh s¬ cÊp + §iÒu chØnh thø cÊp Sau ®©y ta xÐt tõng ph­¬ng ¸n ®iÒu chØnh §iÒu chØnh s¬ cÊp : S¬ ®å : S¬ ®å gåm : - 6 thyristor - 6 ®ièt kh«ng ®iÒu khiÓn h×nh d¸ng vµ gi¸ trÞ hiÖu dông cña ®iÖn ¸p trªn t¶i ë trªn mçi pha phô thuéc vµo gãc më a t¹i mçi thêi ®iÓm ë s¬ cÊp lu«n cã 2 Tiristor dÉn dßng NhËn xÐt: +. ­u ®iÓm : do dßng bªn s¬ cÊp nhá nªn viÖc chän c¸c van thuËn lîi +.nh­îc ®iÓm: ®iÒu khiÓn s¬ cÊp lµ ®iÒu khiÓn gi¸n tiÕp v× lóc ®ã dßng ph¶i qua c¶m øng tõ sang thø cÊp råi míi cÊp cho t¶i.Do ®ã Uracña t¶i sÏ bÞ hôt ®i nªn ®é chÝnh x¸c kh«ng cao Dïng 6 ®i èt ë thø cÊp nªn l·ng phÝ §iÒu chØnh thø cÊp : S¬ ®å gåm 6 thyristor ®­îc bè trÝ nh­ h×nh vÏ Khi muèn ®iÒu chØnh dßng t¶i chØ cÇn t¸c ®éng xung ®iÒu khiÓn vµo c¸c thyristor ë cuén thø cÊp. Khi gãc ®iÒu khiÓn t¨ng lªn, biªn ®é ®iÖn ¸p c©n b»ng tang lªn ®¸ng kÓ. Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p trªn cuén kh¸ng lín nhÊt khi . NhËn xÐt : +. ­u ®iÓm: lµ qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn trùc tiÕp ®iÖn ¸p ra cã ®é chÝnh x¸c cao ®Èm b¶o yªu cÇu bµi to¸n +. nh­îc ®iÓm:dßng ë thø cÊp lín nªn chän van khã . KÕt luËn : Qua ph©n tÝch 2 ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn ta thÊy ®Ó ®¶m b¶o yªu cÇu ®Ò bµi ta chän ph­¬ng ¸n ®iÒu chØnh 6 pha cuén kh¸ng c©n b»ng ®iÒu chØnh thø cÊp. S¬ ®å nguyªn lý m¹ch lùc nguån m¹ mét chiÒu nh­ sau : S¬ ®å gåm : + 6 thyristor + §iÖn trë sun lo¹i 2000A – 60mV + B¶o vÖ van RC + Cuén kh¸ng c©n b»ng PQ I>TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p lùc Tõ s¬ ®å m¹ch lùc víi c¸c th«ng sè ta tÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p lùc : 1,C¸c th«ng sè c¬ b¶n cña MBA Id=6000A ;Udmax=24V C«ng suÊt mét chiÒu trªn t¶i : Víi M¸y biÐn ¸p cã c«ng suÊt vµi chôc kVA thuéc lo¹i m¸y biÕn ¸p nhá nªn : DUck=2 (V) §iÖn ¸p r¬i trªn mçi van lµ 1 V VËy : Suy ra : C«ng suÊt tiªu thô cña m¸y biÕn ¸p : Tõ c«ng thøc chØnh l­u 6 pha cã cuén kh¸ng c©n b»ng ta cã : , chän a=35o suy ra * Tû sè m¸y biÕn ¸p * Gi¸ trÞ hiÖu dông dßng ch¶y qua cuén s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p : * Gi¸ trÞ hiÖu dông dßng ch¶y trong cuén s¬ cÊp : 2. TÝnh to¸n m¹ch tõ : Chän m¹ch tõ 3 trô tiÕt diÖn mçi trô ®­îc tÝnh theo c«ng thøc : [cm2] k= 4 ®Õn 6 , ë ®©y chon k = 6 S : c«ng suÊt tiªu thô cña m¸y biÕn ¸p (VA) C : sè trô ( C=3 ) f : tÇn sè nguån ®iÖn xoay chiÒu . (f = 50Hz) Thay sè ta cã Gi¶ sö a: lµ chiÒu réng cña trô b: lµ bÒ dµy cña trô §Ó ®¶m b¶o mü thuËt ta chän b/a =1,25 VËy tõ Ta suy ra a= 130 mm ; b=160 mm §Ó ®¶m b¶o mü thuËt chän chiÒu cao cña trô theo tû lÖ m= h/a =2,5 suy ra h=2,5a= 2,5.130 =325 mm 3. TÝnh to¸n d©y cuèn : Sè vßng v«n : 4,44.f.B.Q.=4,4.50.1.208. =4,6 (v«n/vßng) Trong ®ã : f lµ tÇn sè dßng ®iÖn Q lµ tiÕt diÖn trô B lµ mËt ®é tõ c¶m trong trô *Sè vßng d©y s¬ cÊp (vßng) *Sè vßng d©y thø cÊp (vßng) * Chän mËt ®é dßng ®iÖn : * TiÕt diÖn d©y dÉn s¬ cÊp : Chän d©y dÑt bäc sîi thñy tinh hai líp tiÕt diÖn (10x2) mm *TiÕt diÖn d©y dÉn thø cÊp m¸y biÕn ¸p : Ta chän d©y dÉn dÑt bäc sîi thuû tinh tiÕt diÖn (290x2)mm 4.TÝnh to¸n kÝch th­íc m¹ch tõ : Dïng thÐp 330 dµy 0,35 mm c¾t theo h×nh ch÷ I vµ xÕp nh­ h×nh vÏ Sèlíp d©y thø cÊp : (líp) Lâi cuén d©y dïng fÝp 8mm c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp dïng c¸ct«ng chÞu nhiÖt dµy 1mm,gi÷a s¬ vµ thø cÊp dïng que fÝp dµy 10 mm ChiÒu dµy toµn bé líp thø cÊp kÓ cÈ c¸ch ®iÖn lµ: 10+7x(2+1)=31 mm Sè vßng cña 1 líp d©y s¬ cÊp: 325/10 =32(vßng) sèlíp d©y s¬ cÊp :83/32 =3(líp) ChiÒu dµy toµn bé líp s¬ cÊp :10+3x(2+1) =19 mm ChiÒu dµy cuén d©y biÕn ¸p:31+19 =50 mm LÊy kho¶ng c¸ch gi÷a hai cuén lµ 5 mm Dïng líp c¸ch ®iÖn gi÷a líp trong cïng víi lâi lµ fÝp dµy 8 mm Cöa sæ réng lµ: 50x2 +8x2+5 =121 mm II. TÝnh chän van vµ b¶o vÖ van : ChÕ ®é lµm viÖc cña c¸c van rÊt kh¾c nghiÖt, rÊt nh¹y c¶m víi nhiÖt ®é. NhiÖt ®é cña van t¨ng lªn do c«ng suÊt tæn hao trªn van g©y ra. Khi nhiÖt ®é cña van cao h¬n nhiÖt ®é m«i tr­êng xung quanh nhiÖt l­îng ®­îc truyÒn vµo m«i tr­êng. NÕu nhiÖt ®é cña van v­ît qu¸ giíi h¹n cho phÐp sÏ ph¸ hñy van, v× vËy lµm m¸t cho van lµ mét vÊn ®Ò rÊt quan träng. Th«ng th­êng van ®­îc g¾n lªn mét c¸nh t¶n nhiÖt víi th«ng sè phï hîp. Cã c¸c biÖn ph¸p lµm m¸t th­êng gÆp : + Lµm m¸t tù nhiªn : chØ dùa vµo sù ®èi l­u kh«ng khÝ xung quanh van, hiÖu suÊt lµm viÖc cña van thÊp chØ kho¶ng 25% + Lµm m¸t b»ng giã c­ìng bøc : t¹o luång kh«ng khÝ víi tèc ®é lín qua van ®Ó ®Èy nhanh qóa tr×nh truyÒn nhiÖt cña van vµo kh«ng khÝ, hiÖu suÊt lµm viÖc cña van lµ 35% + Lµm m¸t b»ng n­íc : van ®­îc g¾n thªm tÊm ®ång rçng cho n­íc ch¶y qua. §©y lµ biÖn ph¸p lµm m¸t rÊt hiÖu qu¶ hiÖu suÊt lµm viÖc cña van ®¹t ®Õn 90%, nh­ng hÖ thèng lµm m¸t phøc t¹p chØ phï hîp víi yªu cÇu c«ng suÊt lín vµ cã nguån n­íc t¹i vÞ trÝ l¾p ®Æt thiÕt bÞ. Qua ph©n tÝch trªn ta chän lµm m¸t b»ng th«ng giã cã qu¹t c­ìng bøc víi hiÖu suÊt lµm viÖc cña van lµ 35%. Dßng trung b×nh qua van lµ : §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt dÆt lªn van : Víi: hÖ sè dù tr÷ ®iÖn ¸p lµ Dßng ®iÖn van cÇn cã lµ :Ivan= Ki .Iv.100/35 hÖ sè dù tr÷ dßng ®iÖn ki=1,4 Tõ ®ã ta chän van lo¹i : TP-4000-2 cã c¸c th«ng sè sau : ** B¶o vÖ van : Thyristor rÊt nh¶y c¶m víi ®iÖn ¸p qu¸ cao so víi ®iÖn ¸p ®Þnh møc, ta gäi lµ qu¸ ®iÖn ¸p. Nguyªn nh©n g©y ra qu¸ ®iÖn ¸p ®­îc chia lµm hai lo¹i : + Nguyªn nh©n néi t¹i : Khi kho¸ thyristor b»ng ®iÖn ¸p ng­îc c¸c ®iÖn tÝch ®æi ng­îc hµnh tr×nh t¹o ra dßng ®iÖn ng­îc trong kho¶ng thêi gian rÊt ng¾n. Sù biÕn thiªn nhanh chãng cña dßng ®iÖn g©y ra mét suÊt ®iÖn ®éng c¶m øng trong c¸c ®iÖn c¶m lu«n lu«n cã cña ®­êng d©y nguån dÉn ®Õn c¸c thyristor. V× vËy gi÷a anèt vµ katèt xuÊt hiÖn qu¸ ®iÖn ¸p. + Nguyªn nh©n bªn ngoµi : Nh÷ng nguyªn nh©n nµy th­êng x¶y ra ngÉu nhiªn nh­ khi cã sÐt ®¸nh, khi ®ãng c¾t m¸y biÕn ¸p nguån. C¾t m¸y biÕn ¸p nguån tøc lµ c¾t dßng ®iÖn tõ hãa m¸y biÕn ¸p, bÊy giê n¨g l­îng tõ tr­êng tÝch luü trong lâi s¾t tõ chuyÓn thµnh n¨ng l­îng ®iÖn chøa trong c¸c tô kÝ sinh, rÊt nhá gi÷ c¸c d©y cuèn s¬ cÊp vµ thø cÊp m¸y biÕn ¸p. §iÖn ¸p nµy cã thÓ lín gÊp 5 lÇn ®iÖn ¸p lµm viÖc. M¹ch RC ®Êu gi÷a c¸c pha thø cÊp m¸y biÕn ¸p lµ ®Ó b¸o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p M¹ch RC ®Êu song song víi tiristor nh»m b¶o vÖ qu¸ ¸p do ®iÖn tÝch tÝch tô khi chuyÓn m¹ch g©y nªn .Th«ng sè cña RC phô thuéc vµo møc ®é qu¸ ®iÖn ¸p cã thÓ x¶y ra ,tèc ®é biÕn thiªn cña dßng chuyÓn m¹ch ,ng­êi ta dïng m¹ch RC xem h×nh sau : TÝnh RC b¶o vÖ qu¸ ¸p do tô tÝch ®iÖn g©y nªn, h×nh trªn lµ gi¸ trÞ cùc ®¹i cho phÐp cña ®iÖn ¸p thuËn vµ ng­îc ®Æt trªn thyristor mét c¸ch chu kú, cho trong sæ tay tra cøu. lµ gi¸ trÞ cùc ®¹i cho phÐp cña ®iÖn ¸p thuËn vµ ng­îc ®Æt trªn thyristor mét c¸ch kh«ng chu kú, cho trong sæ tay tra cøu. lµ gi¸ trÞ cùc ®¹i cña ®iÖn ¸p ng­îc thùc tÕ ®Æt trªn thyristor. b lµ hÖ sè dù tr÷ vÒ ®iÖn ¸p, b=1-2 k Lµ hÖ sè qóa ®iÖn ¸p C¸c b­íc tÝnh to¸n : + X¸c ®inh hÖ sè qóa ®iÖn ¸p theo c«ng thøc + X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè trung gian : + TÝnh max khi chuyÓn m¹ch + X¸c ®Þnh l­îng tÝch tô Q=f(di/dt), sö dông c¸c ®­êng cong trong sæ tay tra cøu + TÝnh c¸c th«ng sè trung gian Trong ®ã L lµ ®iÖn c¶m cña m¹ch RLC Cuèi cïng ta chän III. TÝnh cuén kh¸ng c©n b»ng : Dßng tõ hãa cuén kh¸ng c©n b»ng : suy ra : ; Víi f lµ tÇn sè cuén kh¸ng, vËy Thay vµo c«ng thøc tÝnh ta cã ChiÒu réng trô gi÷a lâi thÐp a : §Ó tÝnh c¸c kÝch th­íc cña cuén kh¸ng c©n b»ng tõ tµi liÖu h­íng dÉn ta t×m c¸c hÖ sè m,n,l Lâi s¾t cuén kh¸ng chän nh­ h×nh vÏ ë ®©y n=0,6 ; l=1,2 ; m=2,2 ; ; Víi h : lµ chiÒu cao cöa sæ =m.a=2,2.10,7=24cm c : lµ chiÒu réng cöa sæ c=n.a=0,6.10,7=6,5cm b : lµ chiÒu dµy lâi b= a/l = 10,7/1,2=9cm TiÕt diÖn trô lµ Q=a.b=10,7.9=96,3(cm2) ChiÒu dµI lâi L’= a+(c+a/2).2 =10,7+(6,5+10,7/2).2=34,4cm §é réng khe hë kh«ng khÝ d Sè vßng d©y cuén kh¸ng lµ hÖ sè phô theo tµI liÖu lÊy = 52 Ch­¬ng Iv:ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn I. C¸c yªu cÇu c¬ b¶n ®èi víi hÖ thèng ®iÒu khiÓn : 1. §¶m b¶o ph¸t xung víi ®Çy ®ñ c¸c yªu cÇu ®Ó më van : * §ñ biªn ®é Ux * §ñ ®é réng tx * S­ên xung ng¾n 2 .§¶m b¶o c¸ch ly gi÷a m¹ch lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn, VÝ dô ®èi víi MBAX th­êng ®­îc sö dông nh­ mét kh©u truyÒn xung cuèi cïng ë tÇng khuyÕch ®¹i xung. 3 . §¶m b¶o tÝnh ®èi xøng cña c¸c kªnh 4 . §¶m b¶o ®óng quy luËt vÒ pha ®iÒu khiÓn. §©y lµ yªu cÇu vÒ ®¶m b¶o ph¹m vi ®iÒu chØnh gãc . 5 . Cã thÓ h¹n chÕ ph¹m vi gãc ®iÒu khiÓn kh«ng sù thay ®æi cña ®iÖn ¸p l­íi. 6 .Kh«ng g©y nhiÔu ®èi víi c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®iÖn tö kh¸c ë xung quanh. 7. Cã kh¶ n¨ng b¶o vÖ qu¸ ¸p, qu¸ dßng vµ b¸o hiÖu khi cã sù cè. II. S¬ ®å cÊu tróc cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn . SS BAX Udk Ur 1 2 3 4 T NhiÖm vô : Kh©u ®ång pha cã nhiÖm vô t¹o ra ®iÖn ¸p tùa Urc d¹ng r¨ng c­a trïng pha víi ®iÖn ¸p anot cña trisistor Kh©u so s¸nh cã nhiÖm vô so s¸nh gi÷a ®iÖn ¸p tùa víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ®Ó ph¸t xung ë ®Çu ra ®­a ®Õn bé khuÕch ®¹i . Kh©u khuÕch ®¹i cã nhiÖm vô t¹o xung phï hîp ®Ó më trisistor . Yªu cÇu : t¹o xung cã s­ên dèc th¼ng ®øng , ®ñ ®é réng víi ®é réng lín h¬n thêi gian më cña trisistor , ®ñ c«ng suÊt , c¸ch li gi÷a m¹ch lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn. III. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn + Trong thùc tÕ ng­êi ta th­êng dïng hai nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn : th¼ng ®øng tyuÕn tÝnh vµ th¼ng ®øng arccos ®Ó thùc hiÖn ®iÒu chØnh vÞ trÝ xung trong nöa chu kú d­¬ng cña ®iÖn ¸p ®Æt trªn thyristor. 1. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh Sö dông 2 ®iÖn ¸p -§iÖn ¸p ®ång bé Uc:cã d¹ng r¨ng c­a ®ång bé víi ®iÖn ¸p AK cña Thiristor -§iÖn ¸p ®iÒu khiÓn Udk: lµ ®iÖn ¸p 1 chiÒu cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc biªn ®é Ta cã quan hÖ Khi Uc = 0 Uc LÊy Ucmax = Urmax 2.Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng acrcos Sö dông 2 ®iÖn ¸p -§iÖn ¸p ®ång bé Uc: V­ît tr­íc ®iÖn ¸p AK cña Thiristor mét gãc b»ng 90 -§iÖn ¸p ®iÒu khiÓn Udk: lµ ®iÖn ¸p 1 chiÒu cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc biªn ®é Khi Ur+Uc= 0ta nhËn ®­îc mét xung ë ®Çu ra cña kh©u so s¸nh Gi¶ sö ®iÖn ¸p ®Æt vµo Ak cña Thiristor lµ ®iÖn ¸p h×nh sin U = Asin() VËy ®iÖn ¸p cña Uc = Bcos () Ta cã Udk+Bcos = 0 LÊy B = Udkmax Udk = 0 Udk = Udkmax Udk = -Udkmax Nguyªn t¾c nµy sö dông trong c¸c thiÕt bÞ chØnh l­u chÊt l­îng cao IV. Giíi thiÖu c¸c ph©n tö c¬ b¶n ®­îc dïng trong m¹ch ®iÒu khiÓn : KhuyÕch ®¹i thuËt to¸n : KÝ hiÖu khuyÕch ®¹i thuËt to¸n: KhuyÕch ®¹i thuËt to¸n th­êng ®­îc dïng trong c¸c m¹ch c¬ b¶n sau: M¹ch so s¸nh mét cæng : §Çu vµo khuyÕch ®¹i thuËt to¸n tæng trë Ri rÊt lín nªn dßng ®i vµo K§TT lµ kh«ng ®¸ng kÓ Khi th× U3 sÏ b·o hoµ ë –Un Khi th× U3 sÏ b·o hoµ ë +Un M¹ch so s¸nh hai cæng : Khi: U1>U2 th× U3 = -Un Khi: U1<U2 th× U3= +Un M¹ch t¹o tÝn hiÖu r¨ng c­a : * Dïng khuyÕch ®¹i thuËt to¸n : * Dïng nguån dßng transistor : M¹ch khuyÕch ®¹i ®¶o : Ta cã quan hÖ sau: IV. ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn : A. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña s¬ ®å ®iÒu khiÓn : Khi cÊp nguån ®iÖn 380V vµo s¬ cÊp cña BA nguån ,phÝa thø cÊp cña BA h¹ ¸p qua cuén d©y W2-1 qua cÇu chØnh l­u hai nöa chu k× D1 vµ D2 ®iÖn ¸p t¹i ®iÓm (I) U1 lµ ®iÖn ¸p mét chiÌu h×nh sin lÊy phÇn d­¬ng vµ ®Æt vµo cöa ®¶o cña thuËt to¸n A1 t¹i ®©y so s¸nh víi ®iÖn ¸p U® ®­îc ®­a vµo cöa céng cña A1 .U® cã gi¸ trÞ :UImin <U®< UImax. Khi ®iÖn ¸p ®Æt vµo cöa ©m cña OA1 lín h¬n ®iÖn ¸p U® trªn cöa d­¬ng cña OA1th× t¹i cöa ra cña OA mét ®iÖn ¸p ©m. Cßn khi ®iÖn ¸p trªn cöa ©m cña OA1 nhá h¬n ®iÖn ¸p trªn cöa d­¬ng th× ®iÖn ¸p ra cña OA1 sÏ lµ mét ®iÖn ¸p d­¬ng. Nh­ vËy OA1 cã nhiÖm vô so s¸nh ®iÖn ¸p nöa h×nh sin cña U1 víi U® trªn cöa ®¶o vµ t¹o ra trªn ®Çu ra mét ®iÖn ¸p d­¬ng, ©m liªn tiÕp d¹ng xung vu«ng nh­ h×nh vÏ ë trªn. §iÖn ¸p d¹ng xung vu«ng sau khi ®­îc tao ra ë kh©u so s¸nh tr­íc ®ã ®­îc ®­a vµo ®Ó lµm ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn cña kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a. * Khi U®k < 0 ,T1 kho¸ do ®ã T2 còng bÞ kho¸ v× thÕ cña baz¬ cao h¬n thÕ cña emiter * Khi U®k >0 th× bãng T1 ®­îc më , thÕ emiter ®­îc gi÷ cè ®Þnh nhê diode æn ¸p Dz .Khi T1 më Uc,T10 ph©n ¸p R2 ,R3 sÏ lµm cho baz¬ cña T2 ©m h¬n emiter ,do vËy T2 më tô C1 ®­îc n¹p theo ®­êng +EàDzàT2àC1. §iÖn ¸p cña tô t¨ng rÊt nhanh ®Õn gi¸ trÞ Uc,T2E,T2,sau ®ã kh«ng thÓ t¨ng cao h¬n ®­îc n÷a v× nh­ vËy th× nh­ vËy T2 sÏ bÞ kho¸ lóc nµy tô C1 sÏ phãng ®iÖn qua nguån dßng t¹o bëi T3 kÕt qu¶ t¹o ®­îc s­ên sau cña ®iÖn ¸p trªn tô cã d¹ng gi¶m tuyÕn tÝnh. TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®­a vµo cöa céng cña kh©u so s¸nh . * NÕu Urc>U®hth× ®Çu ra cña OA2 lµ xung ©m. * NÕu Urc<U®k th× ®Çu ra cña OA2 lµ xung d­¬ng . Khi ®ã bé ph¸t xung chïm d­íi sù phãng n¹p cña tô C2 t¹o ra chuçi xung h×nh ch÷ nhËt. V× tÝn hiÖu ra nhá ®­îc khuÕch ®¹i qua ®Ìn T3, xung qua ®ièt D chØ gi÷ l¹i phÇn ©m ®­îc trén lÉn víi xung ra tõ kh©u so s¸nh A2 t¹o thµnh tõng chïm xung d­¬ng. Nh­ng tÝn hiÖu xung vÉn ch­a ®ñ lín ®Ó kÝch më Tiristo do ®ã ®­îc ®­a qua bé khuÕch ®¹i xung. C¸c transisto m¾c theo kiÓu Dalingt¬n. Xung d­¬ng ®­îc ®Æt vµo baz¬ cña T4 lµm T4 më vµ T5 më theo khi ®ã cã xung ®i vµo biÕn ¸p xung. Trªn cuén thø cÊp cña biÕn ¸p xung cã xung ®Ó kÝch më tiristo. Khi xung t¾t T4vµT5 bÞ kho¸, ®iÖn ¸p trªn biÕn ¸p xung gi¶m ®ét ngét, cuén d©y cña biÕn ¸p xung xuÊt hiÖn søc ®iÖn ®éng c¶m øng ng­îc dÊu lóc ®ã ®ièt Dvµ D0 th«ng vµ dËp t¾t søc ®iÖn ®éng ®Ó b¶o vÖ c¸c transistor. §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ®­îc lÊy ®iÖn ¸p ph¶n håi cña nguån m¹ th«ng qua ®iÖn trë Sun ,v× ®iÖn ¸p nµy nhá nªn ta cho qua mét bé khuyÕch ®¹i ®Ó ®­îc ®iÖn ¸p cã ®é thÝch hîp tr­íc khi cho vµo kh©u PI.Sau ®ã ®iÖn ¸p ph¶n håi ®­îc ®­a qua kh©u PI ®Ó lo¹i bá c¸c sãng nhiÔu cã tÇn sè cao lµm cho m¹ch t¨ng tÝnh æn ®Þnh.§iÖn ¸p ra khái khèi PI ta gäi lµ ®iÖn ¸p ph¶n håi Uph.TiÕp theo ®iÖn ¸p ph¶n håi ®­îc ®­a vµo bé céng (®¶o) víi ®iÖn ¸p mµ ta ®Æt cho nguån m¹ lµm viÖc ,®iÖn ¸p nµy ta gäi lµ ®iÖn ¸p ®Æt U®.TÝn hiÖu ra cña kh©u céng nµy chÝnh lµ tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®­îc ®­a vµo so s¸nh víi tÝn hiÖu ®ång pha ®Ó ph¸t ra xung ®iÒu khiÓn më c¸c van,ta gäi lµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn B. TÝnh to¸n c¸c kh©u cña m¹ch ®iÒu khiÓn TÝnh to¸n khèi ®ång pha S¬ ®å nguyªn lý kh©u ®ång pha Gi¶n ®å ®iÖn ¸p Nguyªn lý ho¹t ®éng cña khèi ®ång pha: Khi cÊp nguån 380V vµo s¬ cÊp cña biÕn ¸p ®ång pha, phÝa thø cÊp cña biÕn ¸p ®­îc h¹ ¸p. Gi¶ sö t¹i thêi ®iÓm ban ®Çu t = 0, nöa chu kú ®Çu ®iÖn ¸p d­¬ng ®Æt trªn D1, D1 sÏ th«ng vµ D2 sÏ bÞ kho¸, nöa chu kú sau t¹i thêi ®iÓm t2= p ®iÖn ¸p xoay ®¶o dÊu vµ thÕ d­¬ng ®­îc ®Æt vµo anèt D2, D2sÏ th«ng vµ D1bÞ kho¸. VËy ®iÖn ¸p trªn ®iÓm (I) lµ ®iÖn ¸p xoay chiÒu ®­¬c ®­a qua chØnh l­u thµnh ®iÖn ¸p mét chiÒu nöa h×nh sin. §iÖn ¸p mét chiÒu nöa h×nh sin liªn tiÕp t¹i (I) ®­îc ®­a vµo cöa ©m cña kh©u so s¸nh OA1. §iÖn ¸p ®­îc ®­a vµo cöa d­¬ng cña OA1 lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu ph¼ng U® cã gi¸ trÞ :Uimin <U®< UImax. Khi ®iÖn ¸p ®Æt vµo cöa ©m cña OA1 lín h¬n ®iÖn ¸p U® trªn cöa d­¬ng cña OA1th× t¹i cöa ra cña OA mét ®iÖn ¸p ©m. Cßn khi ®iÖn ¸p trªn cöa ©m cña OA1 nhá h¬n ®iÖn ¸p trªn cöa d­¬ng th× ®iÖn ¸p ra cña OA1 sÏ lµ mét ®iÖn ¸p d­¬ng. Nh­ vËy OA1 cã nhiÖm vô so s¸nh ®iÖn ¸p nöa h×nh sin cña U1 víi U® trªn cöa ®¶o vµ t¹o ra trªn ®Çu ra mét ®iÖn ¸p d­¬ng, ©m liªn tiÕp d¹ng xung vu«ng nh­ h×nh vÏ ë trªn. TÝnh to¸n khèi ®ång pha: Chän gãc duy tr× vµ tho¸t n¨ng l­îng q =30th× ®iÖn ¸p U® ®Æt vµo cöa thuËn cña bé so s¸nh lµ: U=U.sin 30 = 12.sin 30 = 6(V) Chän E+ = 12(V) Chän R1= 1 (kW) Ta cã : àVr1= 1(kW) Chän VR1 =1(KW) §Ó dßng vµo cöa ®¶o cña khuyÕch ®¹i thuËt to¸n nhá h¬n 1mA th× ta chän R sao cho U/R12(kW) chän R = 15kW 2.TÝnh to¸n kh©u tao ®iÖn ¸p r¨ng c­a S¬ ®å nguyªn lý gi¶n ®å ®iÖn ¸p Nguyªn lý lµm viÖc cña kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a §iÖn ¸p d¹ng xung vu«ng sau khi ®­îc tao ra ë kh©u so s¸nh tr­íc ®ã ®­îc ®­a vµo ®Ó lµm ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn cña kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a.Khi U®k >0 th× bãng T1 ®­îc më , thÕ emiter ®­îc gi÷ cè ®Þnh nhê diode æn ¸p Dz,ë ®©y ta chän Uz=3V th× U= +E - Uz = 12 – 3 = 9 (V) . *Khi U®k < 0 ,T1 kho¸ U=12 do ®ã T2 còng bÞ kho¸ v× thÕ cña baz¬ cao h¬n thÕ cña emiter. * Khi U®k >0 ,T1 më Uc,T10 ph©n ¸p R2 ,R3 sÏ lµm cho baz¬ cña T2 ©m h¬n emiter ,do vËy T2 më tô C1 ®­îc n¹p theo ®­êng +EàDzàT2àC1. §iÖn ¸p cña tô t¨ng rÊt nhanh ®Õn gi¸ trÞ Uc,T2Ue,T2 =9V,sau ®ã kh«ng thÓ t¨ng cao h¬n ®­îc n÷a v× nh­ vËy th× nh­ vËy T2 sÏ bÞ kho¸ lóc nµy tô C1 sÏ phãng ®iÖn qua nguån dßng t¹o bëi T3 kÕt qu¶ t¹o ®­îc s­ên sau cña ®iÖn ¸p trªn tô cã d¹ng gi¶m tuyÕn tÝnh. Tõ tÝnh to¸n kh©u ®ång pha ta c